DE102014007493A1 - Internal combustion engine with intake system comprising a Gesamtansaugleitung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf (10) mit mindestens einem Zylinder (1, 2, 3, 4) mit einem entlang einer Längsachse des Zylinders verschiebbaren Kolben, die mindestens drei Einlassöffnungen (1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b) zum Zuführen von Ladeluft in den mindestens einen Zylinder (1, 2, 3, 4) via Ansaugsystem (8, 8a, 8b) aufweist, wobei – zu jeder Einlassöffnung (1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b) eine Ansaugleitung (51, 52, 53, 54) führt, und – die Ansaugleitungen (51, 52, 53, 54) unter Ausbildung einer Sammelstelle (7a) und eines Einlasskrümmers (8a, 8b) zu einer Gesamtansaugleitung (7) zusammenführen. Es soll eine Brennkraftmaschine der genannten Art bereitgestellt werden, die hinsichtlich des Ansaugsystems optimiert ist. Erreicht wird dies mit einer Brennkraftmaschine, die dadurch gekennzeichnet ist, dass – die Gesamtansaugleitung (7) einen Querschnitt hat, der in Strömungsrichtung keine sprunghafte Veränderung aufweist.The invention relates to an internal combustion engine having at least one cylinder head (10) with at least one cylinder (1, 2, 3, 4) with a piston displaceable along a longitudinal axis of the cylinder, the at least three inlet openings (1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b) for supplying charge air into the at least one cylinder (1, 2, 3, 4) via the intake system (8, 8a, 8b), wherein - to each inlet opening (1a, 1b, 2a, 2b, 3a , 3b, 4a, 4b) a suction line (51, 52, 53, 54) leads, and - the suction lines (51, 52, 53, 54) to form a collection point (7a) and an intake manifold (8a, 8b) to a Merge the entire intake line (7). It should be provided an internal combustion engine of the type mentioned, which is optimized in terms of the intake system. This is achieved with an internal combustion engine, which is characterized in that - the Gesamtansaugleitung (7) has a cross-section which has no sudden change in the flow direction.
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens einem Zylinder mit einem entlang einer Längsachse des Zylinders verschiebbaren Kolben, die mindestens drei Einlassöffnungen zum Zuführen von Ladeluft in den mindestens einen Zylinder via Ansaugsystem aufweist, wobei
- – zu jeder Einlassöffnung eine Ansaugleitung führt, und
- – die Ansaugleitungen unter Ausbildung einer Sammelstelle und eines Einlasskrümmers zu einer Gesamtansaugleitung zusammenführen.
- - leads to each inlet opening a suction line, and
- - Merge the suction lines to form a collection point and an intake manifold to a Gesamtansaugleitung.
Eine Brennkraftmaschine der vorstehend genannten Art wird beispielsweise als Antrieb für Kraftfahrzeuge eingesetzt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Dieselmotoren, Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, d. h. Brennkraftmaschinen, die mit einem Hybrid-Brennverfahren betrieben werden, sowie Brennkraftmaschinen, die über eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine verfügen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder zusätzlich Leistung abgibt.An internal combustion engine of the aforementioned type is used for example as a drive for motor vehicles. In the context of the present invention, the term internal combustion engine includes diesel engines, gasoline engines, but also hybrid internal combustion engines, d. H. Internal combustion engines, which are operated by a hybrid combustion process, as well as internal combustion engines, which have an electric motor which can be electrically connected to the internal combustion engine, which receives power from the internal combustion engine or additionally delivers power.
Brennkraftmaschinen verfügen über einen Zylinderblock und mindestens einen Zylinderkopf, die zur Ausbildung mindestens eines Zylinders miteinander verbunden werden. Um den Ladungswechsel zu steuern, benötigt eine Brennkraftmaschine Steuerorgane – in der Regel in Gestalt von Hubventilen – und Betätigungseinrichtungen zur Betätigung dieser Steuerorgane. Der für die Bewegung der Ventile erforderliche Ventilbetätigungsmechanismus einschließlich der Ventile selbst wird als Ventiltrieb bezeichnet. Häufig dient der Zylinderkopf zur Aufnahme des Ventiltriebs.Internal combustion engines have a cylinder block and at least one cylinder head, which are connected to form at least one cylinder. In order to control the charge cycle, an internal combustion engine requires control devices - usually in the form of globe valves - and actuators to operate these controls. The required for the movement of the valves valve actuating mechanism including the valves themselves is referred to as a valve train. Often, the cylinder head serves to accommodate the valve train.
Im Rahmen des Ladungswechsels erfolgt das Ausschieben der Verbrennungsgase über die Auslassöffnungen des mindestens einen Zylinders und das Füllen des mindestens einen Zylinders mit Frischluft über die Einlassöffnungen. Ist die Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführung ausgestattet, kann die Ladeluft neben der aus der Umgebung angesaugten Frischluft auch Abgas umfassen. Wird der Kraftstoff nicht direkt in den Zylinder eingespritzt, sondern beispielsweise stromaufwärts des mindestens einen Zylinders in das Ansaugsystem eingebracht, wird nicht nur die Frischluft bzw. Ladeluft, sondern vielmehr auch der Kraftstoff dem mindestens einen Zylinder via Einlassöffnungen zugeführt.As part of the charge exchange, the exhaust of the combustion gases via the outlet openings of the at least one cylinder and the filling of the at least one cylinder with fresh air via the inlet openings takes place. If the internal combustion engine is equipped with exhaust gas recirculation, the charge air can also comprise exhaust gas in addition to the fresh air sucked in from the environment. If the fuel is not injected directly into the cylinder but, for example, introduced into the intake system upstream of the at least one cylinder, not only the fresh air or charge air but also the fuel is supplied to the at least one cylinder via inlet openings.
Es ist die Aufgabe des Ventiltriebes die Einlass- und Auslassöffnungen rechtzeitig freizugeben bzw. zu schliessen, wobei eine schnelle Freigabe möglichst großer Strömungsquerschnitte angestrebt wird, um die Drosselverluste in den ein- bzw. ausströmenden Gasströmungen gering zu halten und eine möglichst gute Füllung eines Zylinders bzw. ein effektives, d. h. vollständiges Abführen der Abgase zu gewährleisten.It is the task of the valve drive to open the intake and exhaust ports in time or to close, with a quick release of the largest possible flow cross sections is sought to keep the throttling losses in the inflowing and outflowing gas flows low and the best possible filling of a cylinder or an effective, d. H. To ensure complete removal of the exhaust gases.
Die Ansaugleitungen, die zu den Einlassöffnungen führen, sind nach dem Stand der Technik zumindest teilweise im Zylinderkopf integriert und werden in der Regel unter Ausbildung mindestens eines sogenannten Einlasskrümmers zusammengeführt; häufig zu einer einzelnen Gesamtansaugleitung.The intake ducts that lead to the inlet openings are at least partially integrated in the cylinder head according to the prior art and are usually brought together to form at least one so-called intake manifold; often to a single overall suction line.
Bei der Brennkraftmaschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, werden die Ansaugleitungen unter Ausbildung einer Sammelstelle und eines Einlasskrümmers zu einer Gesamtansaugleitung zusammengeführt.In the internal combustion engine, which is the subject of the present invention, the intake pipes are combined to form a collection point and an intake manifold to form a Gesamtansaugleitung.
An das Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine werden unterschiedliche Anforderungen gestellt. So wird unter anderem eine Anordnung und Ausbildung der Ansaugleitungen angestrebt, die zu einem möglichst geringen Druckverlust in der angesaugten Ladeluft führt, um eine gute Füllung des mindestens einen Zylinders zu gewährleisten.To the intake system of an internal combustion engine different requirements are made. Thus, inter alia, an arrangement and design of the intake lines is sought, which leads to the lowest possible pressure loss in the sucked charge air in order to ensure a good filling of the at least one cylinder.
Die Geometrie einer Ansaugleitung hat zudem Einfluss auf die Ladungsbewegung im Brennraum eines Zylinders und damit auf die Gemischbildung, insbesondere bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen. Häufig werden die Ansaugleitungen daher im Hinblick auf die Erzeugung eines sogenannten Tumbles oder einer Drallströmung ausgebildet, um die Gemischbildung zu beschleunigen und zu unterstützen, wobei ein Tumble ein Luftwirbel um eine gedachte Achse ist, die parallel zur Längsachse der Kurbelwelle verläuft, und als Drall ein Luftwirbel bezeichnet wird, dessen Achse parallel zur Kolben- bzw. Zylinderlängsachse verläuft.The geometry of a suction line also has an influence on the charge movement in the combustion chamber of a cylinder and thus on the mixture formation, especially in direct-injection internal combustion engines. Often, therefore, the suction lines are formed with a view to generating a so-called tumble or swirling flow to accelerate and assist mixture formation, a tumble being an air vortex about an imaginary axis parallel to the longitudinal axis of the crankshaft and a swirl Air vortex is called, whose axis is parallel to the piston or cylinder axis.
Während des Ladungswechsels variiert der Druck entlang des Strömungsweges im Ansaugsystem. Derartige lokale Druckschwankungen breiten sich in gasförmigen Medien als Wellen aus. Um diese dynamischen Wellenvorgänge für die Optimierung des Ladungswechsels nutzbar zu machen, kann das Ansaugsystem in der Art ausgelegt werden, dass gegen Ende des Ansaugtaktes an den Einlassöffnungen eine Überdruckwelle ankommt, die zu einer Verdichtung und damit zu einem gewissen Nachladeeffekt führt. Zielführend sind dabei auch in der Länge variable Ansaugleitungen.During the charge cycle, the pressure varies along the flow path in the intake system. Such local pressure fluctuations propagate in gaseous media as waves. In order to make these dynamic wave processes usable for the optimization of the charge exchange, the intake system can be designed in such a way that towards the end of the intake stroke arrives at the inlet openings an overpressure wave, which leads to a compression and thus to a certain reloading effect. Targeting are also in length variable suction lines.
Gemäß dem Stand der Technik weist das Ansaugsystem immer ein sogenanntes Plenum auf, welches als großvolumiges Sammelbehältnis der Beruhigung der intermittierend angesaugten Frischluft dient. Prinzipbedingt steht das Plenum aufgrund des erforderlichen Volumens einer kompakten Bauweise des Ansaugsystems entgegen.According to the prior art, the intake system always has a so-called plenum, which serves as a large-volume collecting container to calm the intermittently sucked fresh air. Due to the principle, the plenum is due to the required volume of a compact design of the intake system contrary.
In das Ansaugsystem bzw. die Gesamtansaugleitung kann eine Vielzahl von zusätzlichen Leitungen einmünden, beispielsweise die Bypassleitung eines Ladeluftkühlers, die Bypassleitung eines Verdichters oder die Rückführleitung einer externen Abgasrückführung.In the intake system or the Gesamtansaugleitung can open a variety of additional lines, such as the bypass line of a charge air cooler, the bypass line of a compressor or the return line of an external exhaust gas recirculation.
Die Abgasrückführung, d. h. die Rückführung von Verbrennungsgasen aus dem Abgasabführsystem in das Ansaugsystem, ist ein Konzept zur Senkung der Stickoxidemissionen, wobei mit zunehmender Abgasrückführrate die Stickoxidemissionen deutlich gesenkt werden können. Die Abgasrückführrate xAGR bestimmt sich dabei zu xAGR = mAGR/(mAGR + mFrischluft), wobei mAGR die Masse an zurückgeführtem Abgas und mFrischluft die zugeführte, gegebenenfalls durch einen Verdichter geführte und komprimierte Frischluft bezeichnet. Die Abgasrückführung eignet sich auch zur Reduzierung der Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Teillastbereich. Um eine deutliche Senkung der Stickoxidemissionen zu erreichen, können hohe Abgasrückführraten erforderlich werden.The exhaust gas recirculation, ie the recirculation of combustion gases from the Abgasabführsystem in the intake system, is a concept for reducing nitrogen oxide emissions, with the exhaust gas recirculation rate can be significantly reduced with increasing exhaust gas recirculation rate. In this case, the exhaust gas recirculation rate x AGR is determined to be x AGR = m AGR / (m AGR + m fresh air ), where m AGR denotes the mass of recirculated exhaust gas and m fresh air is the supplied, optionally through a compressor and compressed fresh air. Exhaust gas recirculation is also suitable for reducing emissions of unburned hydrocarbons in the partial load range. In order to achieve a significant reduction in nitrogen oxide emissions, high exhaust gas recirculation rates may be required.
Das Ansaugsystem sollte auch der Problematik Rechnung tragen, dass im Rahmen einer Ladeluftkühlung zuvor noch gasförmig in der Ladeluft enthaltene Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, auskondensieren kann, wenn die Tautemperatur einer Komponente der gasförmigen Ladeluftströmung unterschritten wird. Das ausgeschiedene Kondensat muss auf irgendeine Weise aus dem Ansaugsystem abgeführt werden, gegebenenfalls in die Zylinder der Brennkraftmaschine.The intake system should also take into account the problem that, as part of a charge air cooling previously liquids in the charge air, especially water, can condense out, when the taut temperature of a component of the gaseous charge air flow is exceeded. The precipitated condensate must be removed in any way from the intake system, optionally in the cylinders of the internal combustion engine.
Wird zwecks Aufladung der Brennkraftmaschine im Ansaugsystem bzw. in der Gesamtansaugleitung ein Verdichter eines Abgasturboladers vorgesehen, sollte dieser Verdichter möglichst nahe am Einlass, d. h. an den Einlassöffnungen der Zylinder, angeordnet sein, um auf diese Weise ein schnelles Ansprechen der Brennkraftmaschine beim Lastwechsel zu gewährleisten. Das Volumen des Leitungssystems zwischen den Einlassöffnungen des mindestens einen Zylinders und dem Verdichter sollte hierzu möglichst klein sein.If a compressor of an exhaust gas turbocharger is provided in order to charge the internal combustion engine in the intake system or in the total intake line, this compressor should be as close as possible to the inlet, d. H. be arranged at the inlet openings of the cylinder, to ensure in this way a rapid response of the internal combustion engine during the load change. The volume of the line system between the inlet openings of the at least one cylinder and the compressor should be as small as possible for this purpose.
Darüber hinaus können Brennkraftmaschinen mit einer Heizvorrichtung ausgestattet werden, die im Ansaugsystem angeordnet ist und der Erwärmung der Ladeluft dient. Das Erwärmen der Ladeluft kann unterschiedlichen Zielsetzungen dienen, beispielsweise der Verkürzung der Warmlaufphase nach einem Kaltstart. Darüber hinaus kann ein solches Heizelement während der Regeneration eines Partikelfilters zugeschaltet werden, ebenso wenn das Motordrehmoment und die Motordrehzahl einen vorgegebenen Mindestwert unterschreiten.In addition, internal combustion engines can be equipped with a heating device which is arranged in the intake system and serves to heat the charge air. The heating of the charge air can serve different purposes, for example the shortening of the warm-up phase after a cold start. In addition, such a heating element can be switched on during the regeneration of a particulate filter, as well as when the engine torque and the engine speed fall below a predetermined minimum value.
Zu berücksichtigen ist auch, dass eine zügige Aufheizung der Brennkraftmaschine mittels vorerwärmter Ladeluft zu einer schnelleren, vorliegend indirekten Erwärmung des Motoröls führt. Die damit einhergehende Abnahme der Viskosität bedingt eine Verringerung der Reibung bzw. Reibleistung, insbesondere in den mit Öl versorgten Lagern; ein Effekt, der sich vorteilhaft auf den Kraftstoffverbrauch und damit auf die Kohlendioxidemission der Brennkraftmaschine auswirkt.It should also be considered that a rapid heating of the internal combustion engine by means of preheated charge air leads to a faster, in the present case indirect heating of the engine oil. The concomitant decrease in viscosity causes a reduction in friction or friction, especially in the oil-supplied bearings; an effect that has an advantageous effect on the fuel consumption and thus on the carbon dioxide emission of the internal combustion engine.
Die herkömmlichen aus dem Stand der Technik bekannten Ansaugsysteme weisen hinsichtlich der zahlreichen, vorstehend dargelegten Anforderungen noch erhebliches Verbesserungspotential auf.The conventional intake systems known from the prior art still have considerable potential for improvement with regard to the numerous requirements set out above.
Vor dem Hintergrund des Gesagten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die hinsichtlich des Ansaugsystems optimiert ist.In view of the foregoing, it is an object of the present invention to provide an internal combustion engine according to the preamble of
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens einem Zylinder mit einem entlang einer Längsachse des Zylinders verschiebbaren Kolben, die mindestens drei Einlassöffnungen zum Zuführen von Ladeluft in den mindestens einen Zylinder via Ansaugsystem aufweist, wobei
- – zu jeder Einlassöffnung eine Ansaugleitung führt, und
- – die Ansaugleitungen unter Ausbildung einer Sammelstelle und eines Einlasskrümmers zu einer Gesamtansaugleitung zusammenführen, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass
- – die Gesamtansaugleitung einen Querschnitt hat, der in Strömungsrichtung keine sprunghafte Veränderung aufweist.
- - leads to each inlet opening a suction line, and
- - merge the suction lines to form a collection point and an intake manifold to a Gesamtansaugleitung, and which is characterized in that
- - The Gesamtansaugleitung has a cross section which has no sudden change in the flow direction.
Das Ansaugsystem einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine verfügt über eine Gesamtansaugleitung ohne sprunghafte Querschnittsveränderung. Dies impliziert insbesondere, dass das Ansaugsystem kein großvolumiges Sammelbehältnis zur Beruhigung der angesaugten Frischluft bzw. Ladeluft aufweist bzw. benötigt, denn ein solches Sammelbehältnis geht regelmäßig mit einer sprunghaften Querschnittsveränderung einher.The intake system of an internal combustion engine according to the invention has a Gesamtansaugleitung without abrupt cross-sectional change. This implies, in particular, that the intake system does not have or require a large-volume collecting container for calming the intake fresh air or charge air, since such a collecting container is regularly accompanied by an abrupt change in cross-section.
Dadurch, dass der Querschnitt sich nicht sprunghaft ändert, lassen sich Turbulenzen vermeiden und die Ladeluft lässt sich unter möglichst geringem Druckverlust in Richtung der Einlassöffnungen leiten. Auf diese Weise wird eine gute Füllung des mindestens einen Zylinders gewährleistet.Due to the fact that the cross section does not change abruptly, turbulences can be avoided and the charge air can be directed in the direction of the inlet openings with the lowest possible pressure loss. In this way, a good filling of the at least one cylinder is ensured.
Das Fehlen eines Plenums ermöglicht eine kompakte Bauweise des Ansaugsystems, wobei mit diesem konstruktiven Merkmal des erfindungsgemäßen Ansaugsystems ein technisches Vorurteil überwunden wird, denn ein Plenum gilt üblicherweise als unverzichtbar und notwendig. The lack of a plenum allows a compact design of the intake system, with this constructive feature of the intake system according to the invention a technical prejudice is overcome, because a plenary is usually considered indispensable and necessary.
Die erfindungsgemäße Ausbildung des Ansaugsystems führt zu einer Verkleinerung des Volumens und zu einer Verkleinerung der wärmeübertragenden Oberfläche des Ansaugsystems im Bereich der Gesamtansaugleitung. Ein kleineres Volumen des erfindungsgemäßen Ansaugsystems führt zu einem kompakten Ansaugsystem und damit zu einer kompakten Brennkraftmaschine und gestattet gegebenenfalls eine Integration des Einlass-krümmers in den Zylinderkopf. In jedem Fall vereinfacht das kleinere Volumen die weitestgehende Integration des Ansaugsystems in den Zylinderkopf. Damit ergeben sich auch Vorteile beim Einsatz einer Abgasturboaufladung, da ein nahe an den Einlassöffnungen der Zylinder angeordneter Verdichter infolge des kleinen Volumens des stromabwärts gelegenen Ansaugsystems für ein gutes bzw. verbessertes Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine sorgt.The inventive design of the intake system leads to a reduction of the volume and to a reduction of the heat-transferring surface of the intake in the region of Gesamtansaugleitung. A smaller volume of the intake system according to the invention leads to a compact intake system and thus to a compact internal combustion engine and optionally permits integration of the inlet manifold into the cylinder head. In any case, the smaller volume simplifies the most extensive integration of the intake system in the cylinder head. This also has advantages in the use of an exhaust turbocharger, since a compressor arranged close to the inlet openings of the cylinders, due to the small volume of the downstream intake system, ensures a good or improved response of the internal combustion engine.
Eine Verkleinerung der wärmeübertragenden Oberfläche führt zu einem verringerten Wärmeübergang zwischen der im Ansaugsystem befindlichen Ladeluft und dem Material, welches das Ansaugsystem bzw. die Gesamtansaugleitung bildet. Die verkleinerte Oberfläche unterstützt die Aufheizung der Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart und wirkt einer Abkühlung der Ladeluft entgegen. Die verkleinerte Oberfläche hemmt zudem die Aufheizung einer mittels Ladeluftkühlung herunter gekühlten Ladeluft bei einer auf Betriebstemperatur aufgeheizten Brennkraftmaschine.A reduction of the heat-transferring surface leads to a reduced heat transfer between the charge air in the intake system and the material which forms the intake system or the total intake line. The reduced surface supports the heating of the internal combustion engine after a cold start and counteracts a cooling of the charge air. The reduced surface also inhibits the heating of a cooled by means of charge air cooling charge air at an operating temperature heated internal combustion engine.
Die Gefahr, dass im Rahmen einer Ladeluftabkühlung zuvor noch gasförmig in der Ladeluft enthaltene Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, bei Unterschreiten der Tautemperatur auskondensieren, wird verringert.The risk that in a charge air cooling previously condensed gaseous in the charge air liquids, especially water, fall below the trough temperature is reduced.
Die Gesamtansaugleitung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine löst die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, nämlich eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die hinsichtlich des Ansaugsystems optimiert ist.The Gesamtansaugleitung the internal combustion engine according to the invention solves the problem underlying the invention, namely to provide an internal combustion engine according to the preamble of
Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann auch zwei Zylinderköpfe aufweisen, wenn mehrere Zylinder auf zwei Zylinderbänke verteilt angeordnet sind. Dann hat jeder Zylinderkopf mindestens einen Zylinder.An internal combustion engine according to the invention may also have two cylinder heads, if several cylinders are arranged distributed on two cylinder banks. Then each cylinder head has at least one cylinder.
Vorteilhaft sind insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen das Ansaugsystem kein Plenum aufweist. Es wird Bezug genommen auf die bereits gemachten Ausführungen.Particularly advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which the intake system has no plenum. Reference is made to the statements already made.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Brennkraftmaschine gemäß den Unteransprüchen werden im Folgenden erörtert.Further advantageous embodiments of the internal combustion engine according to the subclaims are discussed below.
Erfindungsgemäß wird die via Ansaugsystem bzw. Gesamtansaugleitung eingeleitete Ladeluft auf mindestens drei Einlassöffnungen verteilt, die zu einem einzigen Zylinder, aber auch zu zwei oder drei oder mehreren Zylindern gehören können.According to the invention, the charge air introduced via the intake system or the entire intake manifold is distributed to at least three intake openings, which may belong to a single cylinder, but also to two or three or more cylinders.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinderkopf mindestens zwei entlang der Längsachse des Zylinderkopfes in Reihe angeordnete Zylinder aufweist.Embodiments of the internal combustion engine in which the at least one cylinder head has at least two cylinders arranged in series along the longitudinal axis of the cylinder head are advantageous.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der mindestens eine Zylinderkopf mindestens drei entlang der Längsachse des Zylinderkopfes in Reihe angeordnete Zylinder aufweist.Embodiments of the internal combustion engine in which the at least one cylinder head has at least three cylinders arranged in series along the longitudinal axis of the cylinder head are advantageous.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen jeder Zylinder eine Einlassöffnung zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem aufweist.In this context, embodiments of the internal combustion engine in which each cylinder has an inlet opening for supplying charge air via the intake system are advantageous.
Vorteilhaft sind insbesondere Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen jeder Zylinder zwei Einlassöffnungen zum Zuführen von Ladeluft via Ansaugsystem aufweist.Particularly advantageous embodiments of the internal combustion engine, in which each cylinder has two inlet openings for supplying charge air via intake system.
Wie bereits erwähnt, wird im Rahmen des Ladungswechsels eine schnelle Freigabe möglichst großer Strömungsquerschnitte angestrebt, um die Drosselverluste in der einströmenden Ladeluft gering zu halten und eine möglichst gute Füllung des Zylinders zu gewährleisten. Daher ist es vorteilhaft, mehr als eine Einlassöffnung, d. h. mindestens zwei Einlassöffnungen vorzusehen.As already mentioned, as part of the charge cycle, the aim is to rapidly release the largest possible flow cross-sections, in order to keep the throttle losses in the inflowing charge air low and to ensure the best possible filling of the cylinder. Therefore, it is advantageous to have more than one inlet opening, i. H. provide at least two inlet openings.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Ansaugleitungen eines Zylinders innerhalb des Zylinderkopfes jeweils zu einer zylinderzugehörigen Teilansaugleitung zusammenführen. Andernfalls erhöht sich die Anzahl der aus dem Zylinderkopf austretenden Ansaugleitungen deutlich, was mit Nachteilen hinsichtlich der Montage und Dichtigkeit des Ansaugsystems verbunden ist.In this connection, embodiments of the internal combustion engine in which the intake lines of a cylinder merge within the cylinder head to form a cylinder-associated sub-intake line are advantageous. Otherwise, the number of emerging from the cylinder head suction increases significantly, which is associated with disadvantages in terms of installation and tightness of the intake system.
Vorteilhaft können in diesem Zusammenhang aber dennoch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine sein, bei denen die Ansaugleitungen eines Zylinders außerhalb des Zylinderkopfes jeweils zu einer zylinderzugehörigen Teilansaugleitung zusammenführen.In this connection, however, embodiments of the internal combustion engine may nevertheless be advantageous in which the intake lines of a cylinder outside the cylinder head merge in each case into a cylinder-associated sub-intake line.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der Einlasskrümmer in einem Übergangsbereich von der Gesamtansaugleitung hin zur Sammelstelle eine runde Innenwandung aufweist. Die runde Innenwandung dient der Strömungsführung und wirkt damit einem Abreißen der Strömung von der Innenwandung entgegen. Turbulenzen werden vermieden. Embodiments of the internal combustion engine in which the intake manifold has a round inner wall in a transition region from the total intake line to the collection point are advantageous. The round inner wall serves to guide the flow and thus counteracts a tearing off of the flow from the inner wall. Turbulence is avoided.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die im Übergangsbereich vorgesehene runde Innenwandung zumindest abschnittsweise einen Krümmungsradius R1 aufweist mit R1 ≥ 15 mm.In this connection, embodiments of the internal combustion engine in which the round inner wall provided in the transition region has, at least in sections, a radius of curvature R 1 with R 1 ≥ 15 mm, are advantageous.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, die dadurch gekennzeichnet sind, dass gilt: R1 ≥ 20 mm.Embodiments of the internal combustion engine which are characterized in that: R 1 ≥ 20 mm are also advantageous in this context.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang ebenfalls Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, die dadurch gekennzeichnet sind, dass gilt: R1 ≥ 25 mm.Embodiments of the internal combustion engine which are characterized in that: R 1 ≥ 25 mm are also advantageous in this context.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang darüber hinaus Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, die dadurch gekennzeichnet sind, dass gilt: R1 ≥ 30 mm.In addition, embodiments of the internal combustion engine that are characterized in that: R 1 ≥ 30 mm are advantageous in this context.
Je größer der Krümmungsradius R1 der Innenwandung im Übergangsbereich ist, desto vorteilhafter ist dies für die Strömungsführung.The greater the radius of curvature R 1 of the inner wall in the transition region, the more advantageous this is for the flow guidance.
Vorteilhaft sind in Bezug auf den Übergangsbereich Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen der Einlasskrümmer im Übergangsbereich außenwandig einen spitzen Winkel α ≤ 90° aufweist, den eine stromaufwärts des Übergangsbereichs von außen an die Gesamtansaugleitung angelegte erste Ebene A mit einer stromabwärts des Übergangsbereichs von außen an den Einlasskrümmer angelegten zweiten Ebene B ausbildet, wobei die erste Ebene A und die zweite Ebene B parallel zur Längsachse des mindestens einen Zylinders verlaufen. Ein spitzer Winkel α gestattet es insbesondere, die außenliegenden Zylinder einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine unter geringem Druckverlust und unter Ausbildung möglichst weniger Strömungsturbulenzen mit Ladeluft zu versorgen. Dies gilt insbesondere in Kombination mit einem erfindungsgemäß großen Krümmungsradius R1.With regard to the transition region, embodiments of the internal combustion engine in which the outside wall has an acute angle .alpha..ltoreq.90.degree. Are advantageous, which have a first plane A applied to the outside of the overall intake line upstream of the transition region with a downstream of the transition region from the outside to the Inlet manifold applied second plane B forms, wherein the first plane A and the second plane B parallel to the longitudinal axis of the at least one cylinder. An acute angle α makes it possible, in particular, to supply the outer cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine with charge air under low pressure loss and with the formation of as little flow turbulence as possible. This applies in particular in combination with a large radius of curvature R 1 according to the invention.
Das Ansaugsystem zumindest in Teilen symmetrisch auszubilden hat Vorteile. Eine spiegelbildliche Ausbildung zylinderzugehöriger Ansaugsysteme eines Zylinderpaares führt zu physikalisch, insbesondere strömungstechnisch gleichen, zumindest aber sehr ähnlichen Randbedingungen am Zylindereinlass. Insbesondere lassen sich gleiche Drücke bzw. Druckverhältnisse am Zylindereinlass generieren. So gelangen beim Ladungswechsel gleichgroße Ladeluftmengen in die Zylinder und eine beim Einströmen in den Zylinder gegebenenfalls erzeugte Ladungsbewegung fällt bei den beiden Zylindern des betreffenden Zylinderpaares einheitlich aus. In diesem Zusammenhang muss berücksichtigt werden, dass jede von Zylinder zu Zylinder auftretende Abweichung bzw. Varianz als nachteilig anzusehen ist und zwar sowohl in thermodynamischer als auch in mechanischer Hinsicht.The intake system is symmetrical at least in parts has advantages. A mirror-image design of cylinder-associated intake systems of a pair of cylinders leads to physical, in particular fluidically same, but at least very similar boundary conditions at the cylinder inlet. In particular, equal pressures or pressure ratios can be generated at the cylinder inlet. So arrive at the charge exchange of the same size charge air quantities in the cylinder and a possibly generated when flowing into the cylinder charge movement is uniform at the two cylinders of the respective cylinder pair. In this context, it must be taken into account that any deviation or variance occurring from cylinder to cylinder is to be regarded as disadvantageous both thermodynamically and mechanically.
Bei Brennkraftmaschinen mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens drei entlang der Längsachse des Zylinderkopfes in Reihe angeordneten Zylindern sind daher Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Ansaugsysteme der beiden außenliegenden Zylinder symmetrisch ausgebildet sind und zwar bezüglich einer Mittelebene, die senkrecht auf der Längsachse des Zylinderkopfes steht. Zumindest die außenliegenden Zylinder, beispielsweise eines Drei-Zylinder-Reihenmotors bzw. eines Fünf-Zylinder-Reihenmotors, symmetrisch auszubilden ist besonders vorteilhaft, da die Einlassöffnungen dieser Zylinder am weitesten entfernt und gleich weit entfernt von einer gemeinsamen mittig angeordneten Gesamtansaugleitung entfernt liegen und sich Effekte wie Druckänderungen im Ansaugsystem bei diesen Zylindern am stärksten bemerkbar machen, d. h. zu Tage treten.In internal combustion engines having at least one cylinder head with at least three cylinders arranged in series along the longitudinal axis of the cylinder head, embodiments are therefore advantageous, which are characterized in that the intake systems of the two outer cylinders are symmetrical with respect to a center plane perpendicular to the longitudinal axis of the cylinder Cylinder head is. At least the outer cylinder, such as a three-cylinder in-line engine or a five-cylinder in-line engine to form symmetrical is particularly advantageous because the inlet openings of these cylinders are furthest away and equidistant from a common centrally located Gesamtansaugleitung and effects how pressure changes in the intake system are most noticeable in these cylinders, d. H. come to light.
Bei Brennkraftmaschinen mit mindestens einem Zylinderkopf mit drei entlang der Längsachse des Zylinderkopfes in Reihe angeordneten Zylindern sind Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Ansaugsysteme der beiden außenliegenden Zylinder symmetrisch ausgebildet sind bezüglich einer Mittelebene, welche den innenliegenden Zylinder teilt.In internal combustion engines having at least one cylinder head with three along the longitudinal axis of the cylinder head arranged in series cylinders embodiments are advantageous, which are characterized in that the intake systems of the two outer cylinders are symmetrical with respect to a median plane which divides the inner cylinder.
Bei Brennkraftmaschinen mit mindestens einem Zylinderkopf mit mindestens vier entlang der Längsachse des Zylinderkopfes in Reihe angeordneten Zylindern sind Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sowohl die Ansaugsysteme der beiden außenliegenden Zylinder als auch die Ansaugsysteme der beiden zu den außenliegenden Zylindern benachbart angeordneten Zylinder jeweils symmetrisch zueinander ausgebildet sind. Vier oder mehr Zylinder eröffnen die Möglichkeit, mindestens zwei Zylinderpaare mit zwei Zylindern zu bilden und die Ansaugsysteme der zwei Zylinder jeder Zylindergruppe zumindest im Bereich der zylinderzugehörigen Ansaugleitungen symmetrisch auszubilden.In internal combustion engines having at least one cylinder head with at least four cylinders arranged in series along the longitudinal axis of the cylinder head, embodiments are advantageous thereby are characterized in that both the intake systems of the two outer cylinders and the intake systems of the two cylinders arranged adjacent to the outer cylinders are each formed symmetrically to each other. Four or more cylinders open up the possibility of forming at least two cylinder pairs with two cylinders and symmetrically forming the intake systems of the two cylinders of each cylinder group, at least in the area of the cylinder-associated intake lines.
Bei Brennkraftmaschinen mit mindestens einem Zylinderkopf mit vier entlang der Längsachse des Zylinderkopfes in Reihe angeordneten Zylindern sind Ausführungsformen vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sowohl die Ansaugsysteme der beiden außenliegenden Zylinder als auch die Ansaugsysteme der beiden innenliegenden Zylinder jeweils symmetrisch zueinander ausgebildet sind. Dann verläuft die Mittelebene zwischen den beiden innenliegenden Zylindern.In internal combustion engines having at least one cylinder head with four cylinders arranged in series along the longitudinal axis of the cylinder head, embodiments are advantageous, which are characterized in that both the intake systems of the two outer cylinders and the intake systems of the two inner cylinders are symmetrical to one another. Then the middle plane runs between the two inner cylinders.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Ansaugleitungen innerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu einer Gesamtansaugleitung zusammenführen.Embodiments of the internal combustion engine in which the intake lines merge within the at least one cylinder head to form a total intake line are advantageous.
Die Ansaugleitungen der Zylinder führen dann unter Ausbildung eines im Zylinderkopf integrierten Einlasskrümmers zu einer Gesamtansaugleitung zusammen. Diese Maßnahme führt zu einem kleinen Volumen und einer kleinen Oberfläche des Ansaugsystems im Bereich des Einlasskrümmers mit den bereits genannten Vorteilen. Zudem vereinfacht sich die Montage und es ergeben sich Kostenvorteile.The intake lines of the cylinders then lead together to form a Gesamtansaugleitung to form a built-in cylinder head intake manifold. This measure leads to a small volume and a small surface of the intake system in the region of the intake manifold with the advantages already mentioned. In addition, the assembly is simplified and there are cost advantages.
Der Verdichter eines Abgasturboladers kann nahe an den Einlassöffnungen der Zylinder platziert werden, so dass ein gutes Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine gewährleistet ist. Das Volumen des Leitungssystems zwischen den Einlassöffnungen der Zylinder und dem Verdichter wird weiter verringert.The compressor of an exhaust gas turbocharger can be placed close to the inlet openings of the cylinders, so that a good response of the internal combustion engine is ensured. The volume of the piping between the inlet ports of the cylinders and the compressor is further reduced.
Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Ansaugleitungen außerhalb des mindestens einen Zylinderkopfes zu einer Gesamtansaugleitung zusammenführen.Embodiments of the internal combustion engine in which the intake lines outside the at least one cylinder head merge to form a total intake line are also advantageous.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Brennkraftmaschine, bei denen die Zylinder, deren Ansaugsysteme symmetrisch zueinander ausgebildet sind, auch hinsichtlich eines Verbrennungssystems umfassend einen Brennraum, eine Glüheinrichtung, eine Zündeinrichtung und/oder eine Einspritzeinrichtung bezüglich der entsprechenden Mittelebene symmetrisch zueinander ausgebildet sind.Embodiments of the internal combustion engine in which the cylinders whose intake systems are symmetrical to one another are also designed to be symmetrical with respect to the corresponding center plane, also with regard to a combustion system comprising a combustion chamber, a glow device, an ignition device and / or an injection device.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von drei Ausführungsbeispielen gemäß den
Der Zylinderkopf
Jeder Zylinder
Die beiden außenliegenden Zylinder
D. h. sowohl die Ansaugsysteme der beiden außenliegenden Zylinder
Darüber hinaus sind die zwei Zylinder
Die Gesamtansaugleitung
Der Einlasskrümmer
Der Einlasskrümmer
Im Unterschied zu der in
Im Unterschied zu der in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- erster Zylinder, außenliegender Zylinderfirst cylinder, outboard cylinder
- 1a1a
- Einlassöffnung des ersten ZylindersInlet opening of the first cylinder
- 1b1b
- Einlassöffnung des ersten ZylindersInlet opening of the first cylinder
- 1c1c
- Einspritzdüse des ersten Zylinders, EinspritzeinrichtungInjector of the first cylinder, injector
- 1d1d
- Zündkerze des ersten Zylinders, ZündeinrichtungSpark plug of the first cylinder, ignition device
- 22
- zweiter Zylinder, innenliegender Zylindersecond cylinder, internal cylinder
- 2a2a
- Einlassöffnung des zweiten ZylindersInlet opening of the second cylinder
- 2b2 B
- Einlassöffnung des zweiten ZylindersInlet opening of the second cylinder
- 2c2c
- Einspritzdüse des zweiten Zylinders, EinspritzeinrichtungInjector of the second cylinder, injector
- 2d2d
- Zündkerze des zweiten Zylinders, ZündeinrichtungSpark plug of the second cylinder, ignition device
- 33
- dritter Zylinder, innenliegender Zylinderthird cylinder, internal cylinder
- 3a3a
- Einlassöffnung des dritten ZylindersInlet opening of the third cylinder
- 3b3b
- Einlassöffnung des dritten ZylindersInlet opening of the third cylinder
- 3c3c
- Einspritzdüse des dritten Zylinders, EinspritzeinrichtungInjector of the third cylinder, injector
- 3d3d
- Zündkerze des dritten Zylinders, ZündeinrichtungSpark plug of the third cylinder, ignition device
- 44
- vierter Zylinder, außenliegender Zylinderfourth cylinder, outboard cylinder
- 4a4a
- Einlassöffnung des vierten ZylindersInlet opening of the fourth cylinder
- 4b4b
- Einlassöffnung des vierten ZylindersInlet opening of the fourth cylinder
- 4c4c
- Einspritzdüse des vierten Zylinders, EinspritzeinrichtungInjector of the fourth cylinder, injector
- 4d4d
- Zündkerze des vierten Zylinders, ZündeinrichtungSpark plug of the fourth cylinder, ignition device
- 51 5 1
- Ansaugleitung des ersten ZylindersSuction line of the first cylinder
- 52 5 2
- Ansaugleitung des zweiten ZylindersSuction line of the second cylinder
- 53 5 3
- Ansaugleitung des dritten ZylindersSuction line of the third cylinder
- 54 5 4
- Ansaugleitung des vierten ZylindersSuction line of the fourth cylinder
- 61 6 1
- Teilansaugleitung des ersten ZylindersPartial suction line of the first cylinder
- 62 6 2
- Teilansaugleitung des zweiten ZylindersPart intake line of the second cylinder
- 63 6 3
- Teilansaugleitung des dritten ZylindersPartial suction line of the third cylinder
- 64 6 4
- Teilansaugleitung des vierten ZylindersPart intake line of the fourth cylinder
- 77
- GesamtansaugleitungGesamtansaugleitung
- 7a7a
- Sammelstellecollection
- 88th
- Ansaugsystemintake system
- 8a8a
- externes Ansaugsystem, externer Einlasskrümmerexternal intake system, external intake manifold
- 8b8b
- internes Ansaugsystem, interner EinlasskrümmerInternal intake system, internal intake manifold
- 99
- Mittelebenemidplane
- 1010
- Zylinderkopfcylinder head
- 10a10a
- Längsachse des ZylinderkopfesLongitudinal axis of the cylinder head
- 1111
- ÜbergangsbereichTransition area
- 11a11a
- Innenwandunginner wall
- AA
- erste Ebenefirst floor
- BB
- zweite Ebenesecond level
- αα
- Winkelangle
- mAGR m AGR
- Masse an zurückgeführtem AbgasMass of recirculated exhaust gas
- mFrischluft Fresh air
- FrischluftmasseFresh air mass
- R1 R 1
- Krümmungsradius der Innenwandung im ÜbergangsbereichRadius of curvature of the inner wall in the transition area
- xAGR x AGR
- AbgasrückführrateExhaust gas recirculation rate
Claims (18)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102014007493.5A DE102014007493A1 (en) | 2014-05-09 | 2014-05-09 | Internal combustion engine with intake system comprising a Gesamtansaugleitung |
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DE102014007493.5A DE102014007493A1 (en) | 2014-05-09 | 2014-05-09 | Internal combustion engine with intake system comprising a Gesamtansaugleitung |
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Publication Number | Publication Date |
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DE102014007493A1 true DE102014007493A1 (en) | 2015-11-12 |
Family
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109736961A (en) * | 2018-11-29 | 2019-05-10 | 潍柴动力股份有限公司 | The connection structure of engine cylinder cover and its air inlet pipe and air flue |
-
2014
- 2014-05-09 DE DE102014007493.5A patent/DE102014007493A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109736961A (en) * | 2018-11-29 | 2019-05-10 | 潍柴动力股份有限公司 | The connection structure of engine cylinder cover and its air inlet pipe and air flue |
CN109736961B (en) * | 2018-11-29 | 2020-07-28 | 潍柴动力股份有限公司 | Engine cylinder cover and connection structure of air inlet pipe and air flue thereof |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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